松墨天牛肠道噬纤维细菌Siphonobacter aquaeclarae 木质纤维素降解机制及其对宿主个体发育的响应

Intestinal bacteria play an important role in coordination with phytophagous insect to digest lignocelluloses, which is benefit for host insect in adapting to changes of environment and diet. To know more about the relationship between gut bacteria and insect, we need study on ligocellulose degradation of insect gut bacteria, In the previous studies, Siphonobacter aquaeclarae, a bacterium with the highest cellulose degradation ability in Monochamus alternatus gut, was isolated from woodboring insect for the first time. This project will research the ligocellulose degradation mechanism of S. aquaeclarae; clarify its population dynamic and the expression difference of key enzymes during the ontogenesis of M. alternatus; illuminate the influence to the development, reproduction and mortality of host by feeding S. aquaeclarae; reveal ligocellulose degradation mechanisms of S. aquaeclarae and the response to ontogeny of M.alternatus. The result will help to understand the nutrition metabolism and habitat adaption of M. alternatus, and lay the foundation for a new approach to control M. alternatus.

肠道细菌能够与植食性昆虫协同降解和消化木质纤维素，在共同应对昆虫个体发育进程中生境和食源的变化中发挥了重要作用。研究昆虫肠道细菌的木质纤维素降解功能，有助于深入认识肠道细菌与昆虫的关联和互作机制。申请人前期研究发现，松墨天牛肠道木质纤维素降解优势菌噬纤维细菌Siphonobacter aquaeclarae，是蛀干害虫肠道功能细菌的一个新成员。本项目拟研究S. aquaeclarae对木质纤维素各组分的降解功能和作用机制，探究其响应松墨天牛个体发育进程中的种群动态分布和酶解关键基因表达变化，明确接种S. aquaeclarae对松墨天牛生长发育、繁殖力和存活率的影响，揭示S. aquaeclarae木质纤维降解机制及其对宿主松墨天牛个体发育的响应。研究结果有助于深入认识松墨天牛的营养代谢和对食物的适应性，理解肠道细菌与松墨天牛之间的互作机制，为寻求调控松墨天牛种群的新方法奠定基础。

肠道细菌能够与植食性昆虫协同降解和消化木质纤维素，在共同应对昆虫个体发育进程中生境和食源的变化中发挥了重要作用。本项目以前期研究发现的松墨天牛肠道木质纤维素降解优势菌噬纤维细菌Siphonobacter aquaeclarae为研究对象，酶学特性研究结果表明：S. aquaeclarae的木质纤维素酶的来源为菌液，温度对木质素过氧化物酶活性具有极显著影响，木质素过氧化物酶在40-50℃条件下的酶活性明显较高，而温度较高时蛋白质容易变性而导致酶活性降低。木质素过氧化物酶在pH 6.0左右时的活性较高，可达625.4 U L-1。S. aquaeclarae基因组学分析结果表明：木质纤维素酶酶系组成主要有GH5大糖苷水解酶家族基因编码的β-葡糖苷酶、内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶，GH3、GH1和GH30家族基因编码的β-葡萄糖苷酶，GH6家族基因编码的外切纤维素酶，GH16家族基因编码的β-1, 3-葡萄糖基转移酶，S. aquaeclarae具有完整的纤维素酶系（β-葡糖苷酶活性、内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶），这些酶系组成帮助S. aquaeclarae通过持续性水解和氧化双重降解机制协同高效水解肠道内的纤维素分子。肠道纤维素降解菌对松墨天牛的影响生测结果表明：肠道细菌对松墨天牛幼虫发育存在显著影响（P<0.05），该影响主要表现在松墨天牛幼虫体重的降低，回接肠道细菌促进松墨天牛幼虫逐渐恢复体重；继续饲养发现有肠道细菌的松墨天牛和无肠道细菌的松墨天牛幼虫均能正常化蛹，化蛹率和羽化率均无显著差异（P>0.05），其蛹的重量为：正常发育（0.4502±0.015）>回接肠道细菌（0.3445±0.012）>无菌处理（0.2370±0.021）。该研究结果表明肠道细菌对于松墨天牛的生长发育具有重要影响，但在缺失肠道微生物的情况下松墨天牛仍能化蛹并羽化，这可能与松墨天牛自身能分泌内源木质纤维素酶有关。